BOLETIM TÉCNICO INFORMATIVO No. 3 BOLETIM DE SEGURANÇA

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BOLETIM TÉCNICO INFORMATIVO No. 3

BOLETIM DE SEGURANÇA

INCÊNDIOS DE FLUIDOS TÉRMICOS ORGÂNICOS E SUA PREVENÇÃO

Os fluidos orgânicos para

transmis-sões térmicas são fluidos para aqueci-mento e/ou refrigeração indiretas, que operam a baixa pressão em comparação com sistemas de troca térmica água e vapor. Além da operação à baixa pres-são, com as respectivas vantagens de custo, o uso de fluido térmico orgânico proporciona controle mais preciso da temperatura de processo, menor custo de manutenção e menor investimento (custo de capital). Os fluidos térmicos orgânicos podem operar em uma exten-sa faixa de temperatura. Grande parte dos fluidos térmicos orgânicos classifica-se como líquidos passíveis de combustão em presença de oxigênio e ignição. Sistemas de Fase Líquida Versus Sis-temas de Fase Vapor

Ambos os sistemas, de fase líquida e de fase vapor, são utilizados em proces-sos de transmissão térmica. Os fluidos térmicos de fase líquida podem ser utili-zados em sistemas não pressuriutili-zados. As principais vantagens dos sistemas de transmissão de calor em fase líquida ver-sus vapor são os custos menores de ins-talação e de operação. O custo de capital pode ser reduzido com a eliminação de tubulações de grande diâmetro, captado-res de vapor e instalações para trata-mento de água, e pela redução do tama-nho das válvulas de segurança. O redu-zido custo de operação deve-se a res exigências de manutenção e a meno-res perdas de fluido (por vazamento). Os sistemas de fase vapor também têm suas vantagens próprias, incluindo maior homogeneidade na transmissão de calor, controle mais preciso de temperatura e menor volume total de fluido em uso em comparação com um sistema equivalente de fase líquida.

Conquanto os fluidos térmicos orgâ-nicos apresentem inúmeras vantagens,

algumas considerações se fazem neces-sárias. Estes materiais são líquidos com-bustíveis, e sistemas contendo fluido podem alimentar um incêndio. Tais in-cêndios podem resultar de um vazamen-to na tubulação dentro do aquecedor, ruptura na tubulação da linha ou outra falha mecânica. Vazamentos de um sis-tema fase vapor podem formar névoas de fluido vaporizado que podem explodir no ar.

Manter o ambiente interno do siste-ma de transmissão de calor isento de ar para combustão é essencial para se re-duzir o risco de incêndios.

Tipos de Incêndio

Examinando a incidência histórica de incêndios, torna-se evidente que os in-cêndios em sistemas de fluidos térmicos orgânicos mais reportados são aqueles que tiveram início devido à alta tempera-tura do ambiente em torno. Estes incên-dios incluem aqueles relacionados com vazamentos do fluido para dentro do isolamento térmico das tubulações e in-cêndios devido a vazamentos nas tubu-lações internas do aquecedor ou ruptu-ras para dentro de áreas de gás quente ou chama aberta.

Incêndios de Isolamento Térmico Incidentes relacionados com o isola-mento térmico são alguns dos tipos mais comuns envolvendo sistemas de fluidos térmicos orgânicos. Tipicamente, ocorre um vazamento em um flange ou em uma conexão de instrumentos que escoa para dentro do isolamento da tubulação (por exemplo, silicato de cálcio, lã de rocha, fibra de vidro). A ignição tem origem quando o isolamento encharcado é supe-raquecido pelo fluido em circulação ou pela tubulação quente, que lentamente oxidam o fluido na presença de ar. Este

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processo produz componentes de baixo ponto de autoignição, que resultam no surgimento de mechas de fogo (punking fires). Este incêndio pode atuar como fonte de ignição para outros incêndios.

Vazamentos são muitas vezes sorra-teiros em sistemas térmicos quentes e completamente isolados. Devido às pro-priedades dos materiais, da expansão e contração térmicas do sistema de tubu-lação durante as paradas, vazamentos podem ocorrer. Sem manutenção ade-quada, a possibilidade de surgimento de vazamentos deve ser considerada. O projeto dos sistemas de tubulação e de isolamento é muito importante. Os crité-rios básicos para o projeto devem incluir isolamento de um tipo que não fique facilmente encharcado ou encoberto, de forma que vazamentos poderão ser dre-nados para local adequado, sem ensopar o isolamento.

Incêndios por Furos ou Rupturas na Tubulação

Furos ou rupturas de tubos dentro das áreas de gás quente ou de chama aberta do aquecedor são, comumente, os mais danosos do ponto de vista da propriedade e da interrupção de negó-cios. Quando estas falhas acorrem, usu-almente, uma fonte de ignição ou um ambiente de autoignição está imediata-mente presente, e pode haver um gran-de volume estocado gran-de combustível pressurizado para alimentar o fogo.

Furos ou rupturas de tubos podem ocorrer por várias razões, incluindo su-peraquecimento, bloqueio ou interrupção do fluxo na tubulação, erosão ou corro-são causada pelo fogo, contaminação do fluido térmico, super pressurização, ida-de do sistema, inaida-dequações do projeto, imposição da chama, expansões e con-trações térmicas.

Termopares podem ser utilizados pa-ra monitopa-rar as tempepa-ratupa-ras dos gases no cano da chaminé, dos metais da tu-bulação, do fluido térmico, bem como devem ser feitas verificações visuais dos tubos do queimador. Porém, inspeções periódicas durante paradas e testes de fluido térmico no sistema ainda são

ne-cessários para a proteção contra este tipo de incidente perigoso.

Incêndios de Ponto de Fulgor

Para este tipo de incêndio acontecer, o fluido, o ar atmosférico e uma fonte de ignição devem coexistir acima de uma temperatura mínima conhecida como ponto de fulgor. Esta condição raramente existe em sistemas de transmissão de calor razoavelmente projetados e opera-dos com fluiopera-dos de ponto de fulgor mo-destamente altos. Prevenir vazamentos para fontes potenciais de ignição é abso-lutamente obrigatório. A seleção apro-priada de bombas, sistema de tubulação e manutenção adequada contribuirão para minimizar estes incidentes. Respi-ros de alívio do sistema de transmissão térmica devem ser dirigidos para áreas seguras.

Incêndios de Materiais de Processo Uma quarta categoria de incêndio re-sulta do vazamento do fluido térmico para dentro do processo que está sendo aquecido, onde os materiais em processo são agentes de oxidação ou superfícies catalíticas ativas, que promovem a com-bustão. Novamente, o projeto mecânico e manutenção para prevenir craquea-mento térmico, corrosão, oxidação dos materiais em processo ou do fluido tér-mico são as melhores opções contra este tipo de incêndio.

Propriedades dos Fluidos Térmicos Os fluidos térmicos orgânicos foram desenvolvidos para permitir processos em altas temperaturas sem os riscos associados ao vapor e a altas pressões, e também para proporcionar troca térmica uniforme e eficiente, o que é difícil con-seguir através do aquecimento dos pro-cessos com fogo direto. Tendo em vista que os fluidos térmicos líquidos podem ser utilizados em sistemas com distribui-ção por redes, ficam reduzidos os riscos de se operar com aquecedores individu-ais para cada unidade do processo com seus múltiplos pontos de ignição. Os

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idos térmicos se caracterizam pelas se-guintes particularidades: faixa de tempe-ratura de operação, dando particular atenção à temperatura mínima de bom-beamento (como ponto de fusão ou limi-te de viscosidade); limi-temperatura de ope-ração para volume máximo (limite de estabilidade); e ponto de ebulição e ní-veis de pressão de vapor (que afetam as taxas de pressão de projeto do sistema). Do ponto de vista de segurança contra incêndios, duas propriedades críticas dos fluidos térmicos são: ponto de fulgor e temperatura de autoignição, que repre-sentam possibilidades de ignição a bai-xas temperaturas na presença de uma fonte de ignição e uma temperatura mais alta onde a autoignição possa ocorrer. Casos de Incêndios

Apresentados na Tabela 1 estão os casos de incêndios relacionados ao tipo de fluido, proporção hidrogênio/carbono, temperatura do sistema, área do incên-dio, tipos e causas do incêndio. A Tabela 2 dá uma breve descrição dos eventos que provocaram o incêndio. A Tabela 3 descreve se e quais ações corretivas fo-ram adotadas.

Ao examinar as causas dos incêndios analisados, parece haver pouca relação com a proporção H:C ou com a tempera-tura de operação do sistema. Falhas me-cânicas, de operação e erros de projeto estão associadas mais às decisões hu-manas, construção do sistema e seleção de componentes.

Prevenção de Incêndios

Projeto. Durante o projeto, alguns mé-todos para consideração incluem: mé-todos os equipamentos devem satisfazer aos padrões especificados; dispositivos de alívio devem ser instalados em todos os componentes de grande porte; vapor de combate a incêndio disponível ao lado de cada queimador; válvulas operadas à distância e desligamento automático da bomba; linhas de descarga para todos os

dispositivos de alívio; aquecedores com chama direta e outros equipamentos devem obedecer aos critérios de espa-çamento (layout); instalação de sprin-klers automáticos; operação à distância de válvulas e equipamentos importantes, com alternativas de operação manual para controles automáticos; seleção cui-dadosa dos materiais de isolamento tér-mico; gaxetas de flanges em aço inoxi-dável com grafite flexível; equipamentos elétricos projetados para evitar o ingres-so de névoas de fluido térmico.

Onde houver presença de fontes de ignição, como em queimadores de com-bustível, o equipamento que contém a fonte de ignição deve estar em ambiente aberto ou ter ampla ventilação para tro-ca de ar a fim de prevenir o acúmulo de vapor e névoa de fluido térmico.

Treinamento de Pessoal. Para diminuir a possibilidade ou as conseqüências de um incidente, as ações relevantes inclu-em: fornecimento de manuais de opera-ção completos com treinamento adequa-do de toadequa-dos os operaadequa-dores; reciclagem do treinamento para todos os operado-res; treinamento para equipes de com-bate a emergências; aplicação de exercí-cios de emergência; fornecimento de manuais para extintores de incêndio Classe B, com aplicação de treinamento para o combate a pequenos incêndios. Manutenção e Reparo. As áreas mais importantes que precisam ser verificadas para minimizar perdas potenciais inclu-em: análises periódicas do fluido térmico para verificar contaminações e/ou de-gradação; verificação da aparência da chama do queimador; verificação perió-dica do nível de incrustações na tubula-ção do aquecedor; verificatubula-ção e/ou subs-tituição dos dispositivos de alívio de se-gurança; verificação de junções e flanges críticos pelo menos uma vez por ano; testes periódicos dos equipamentos de prevenção contra incêndio; reparos na tubulação em geral; e, programa para inspeção periódica de todos os tanques.

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Resumo

Se, por um lado, os fluidos térmicos orgânicos líquidos podem ter vantagens sobre sistemas de vapor e gás quente -chama direta -, por outro, para o projeto e operação deve-se reconhecer sua na-tureza combustível. Particular atenção deve ser dada aos riscos de incêndios de isolamento e de aquecedor (incêndios causados por furos ou rupturas na tubu-lação) através de um acondicionamento apropriado do fluido térmico no sistema. Fluidos sintéticos altamente alquilados e óleos minerais parecem ser suscetíveis a incêndio de isolamento enquanto fluidos térmicos aromáticos parecem resistentes a tais incêndios. Freqüentemente, atri-bui-se a ausência de incêndios de ponto de fulgor a boas práticas de segurança de manter fontes de ignição longe de tubulações e de unidades de processo.

As técnicas de prevenção de perdas por incêndios devem focar duas áreas: prevenção contra incêndios; e, controle e contenção caso ocorra um incêndio. Pro-jeto apropriado, treinamento de pessoal, boas práticas de operação e manuten-ção, bem como procedimentos de repa-ro, tudo contribuirá para prevenir emis-sões de fluido térmico e riscos de possí-veis incêndios. Controle e contenção de incêndios são possíveis através de sis-temas de sprinklers e de névoa de com-bate a incêndio, layouts adequados para os equipamentos com apropriadas bar-reiras resistentes a fogo, válvulas e ins-trumentalização para os equipamentos de isolamento e tubulações, bem como equipes de emergência apropriadamente preparadas e equipadas.

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Lista 1 - Incêndios em Sistemas de Fluidos Térmicos

Caso Tipo de Fluido Proporção H:C Temperatura Sistema (ºC) Características do Incêndio

Área Tipo Causa

1 DP/DPO 0,83 345 Vaporizador Autoignição Operação 2 Mineral 2,00 315 Tubulação Isolamento Manutenção

3 DP/DPO 0,83 290 Reator Catalítico Projeto

4 Alquil _Aromático _1,75 ₂₀₄ _{Tq Expansão} _Isolamento _Projeto 5 DP/DPO 0,83 326 Vaporizador Autoignição Operação 6 DP/DPO 0,83 300 Vaporizador Autoignição Projeto 7 Altamente _Aromático _1,00 ₂₈₇ _Tanque _{Ponto Fulgor} _Operação 8 Altamente _Aromático _1,00 ₃₆₀ _Reator _Catalítico _Manutenção 9 Alquil _Aromático _1,75 ₂₉₃ _Tubulação _Isolamento _Manutenção 10 Altamente _Aromático _1,00 ₃₂₁ _{Tq Expansão} _Oxidação _Projeto

11 Silicone 2,00 371 Bomba Autoignição Manutenção

12 Alquil _Aromático _1,75 ₂₇₃ _Tubulação _Isolamento _Manutenção 13 Alquil _Aromático _1,75 ₂₃₂ _{Tq Expansão} _Isolamento _Manutenção 14 Mineral 2,00 260 Tubulação Isolamento Manutenção 15 Mineral 2,00 287 Tubulação Isolamento Manutenção 16 Alquil _Aromático _1,75 ₂₈₇ _Bomba _{Autoignição} _Operação 17 Altamente _Aromático _1,00 ₂₈₇ _Aquecedor _{Autoignição} _Desconhecida 18 Altamente _Aromático _1,00 ₃₁₅ _Aquecedor _{Autoignição} _Projeto 19 Mineral 2,00 295 Tubulação Autoignição Manutenção 20 Alquil _Aromático _1,75 ₃₁₀ _Aquecedor _{Autoignição} _Operação

21 Alquil 1,75 148 Turbina Auto-ignição Manutenção

22 Alquil

Aromático 1,75 260 Tubulação Isolamento Manutenção 23 Altamente _Aromático _1,00 ₂₈₇ _{Troc. Calor} _{Auto-ignição} _Manutenção

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Lista 2 Caso Eventos Que Desencadearam os Incêndios

1 Baixo Fluxo – Secagem da tubulação e fervura do filme geram incrustações, que _{causam entupimento ou queima da tubulação.} 2 Vazamento da junta rotativa para o isolamento.

3 Borra de oxidação incrustou-se na tubulação; ruptura da tubulação por supera-_{quecimento, com vazamento de fluido, provocando oxidação catalítica.} 4 A umidade causou vapores no tanque de expansão, ensopando o isolamento. 5 Bloqueio por formação de carvão durante o teste de fervura a partir de tubo seco. _{O bloqueio causou superaquecimento do tubo e rompimento da fornalha.} 6 Injeção do processo no fluido térmico através de tubo defeituoso do reator. O _{material do processo de decompôs no vaporizador causando ruptura.} 7 A prática de evaporar semanalmente a água causou ruptura do tanque de expan-_{são, e o fluido vazou sobre o aquecedor.} 8 O fluido térmico vazou para o processo e se inflamou quando exposto ao ar du-_{rante o ciclo de resfriamento do material de processo.} 9 O isolamento ficou ensopado por fluido térmico e incendiou-se com a alta tempe-_ratura. 10 Depósitos de carvão se inflamaram no tanque de expansão com o respiro aberto. 11 Vazamento no selo da bomba causou rápido incêndio quando o fluido foi exposto _{ao ar.} 12 Vazamento de fluido para dentro do isolamento térmico.

13 Fluido derramado pelo tanque de expansão quente ensopou o isolamento térmi-_co. 14 Vazamento dos flanges para o isolamento térmico.

15 Vazamento de fluido para dentro do isolamento térmico. 16 Grande vazamento sobre parafusos incandescentes. 17 Causa desconhecida.

18 Combustível corrosivo causou ruptura do tubo do aquecedor. 19 Vazamento do flange para superfície quente.

20 Operação do aquecedor com pequenas fissuras.

21 Vazamento em ruptura da tubulação na exaustão da turbina de gás. 22 Vazamento de fluido para dentro do isolamento térmico.

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Lista 3 Caso Ação Corretiva

1 Mudou a fábrica toda para aquecedor de conexão forçada e vaporizador. Unidades _{de conexão livre somente no serviço de apoio.} 2 Melhorou o projeto e instalou uma junta rotativa.

3 Reprojetou para evitar oxidação do fluido e para melhorar o fluxo de resfriamento. 4 Reinstalou o respiro e re-isolou o tanque de expansão.

5 Melhorou o procedimento dos testes de manutenção e o treinamento do operador. 6 Limpou o vaporizador, consertou a tubulação, eliminou os vazamentos de proces-_{so e instalou válvulas de bloqueio no retorno do condensador.}

7 Instalou um tanque de expansão em uma área segura e reconstituiu o aquecedor, _{de frente para o fim da fábrica.} 8 Consertou as rachaduras do reator.

9 Consertou os vazamentos e re-isolou.

10 Passou a utilizar um sistema de proteção com nitrogênio no tanque de expansão. 11 Fechou a fábrica.

12 Consertou os vazamentos e re-isolou.

13 Mudou o respiro para uma área segura e re-isolou o tanque. 14 Nenhuma.

15 Consertou os vazamentos e re-isolou. 16 Reconstruiu o aquecedor destruído. 17 (Sem informação)

18 Recolocou os tubos e utilizou fonte de combustível menos corrosiva.

19 Protegeu a superfície contra vazamentos e consertou as fugas pelos flanges. 20 Reposicionou o aquecedor e melhorou o armazenamento de combustível. 21 Isolou o tubo e reposicionou a seção danificada do trocador de calor. 22 Consertou os vazamentos e re-isolou.

23 Instalou alarmes com sensores de temperatura e reposicionou o trocador de calor.

A série Curtas & Boas é um serviço informativo da PolyChem para profissio-nais da área de transferência de calor por fluidos térmicos.

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NOTA: As informações contidas neste boletim são baseadas em estudos publicados, e acredita-se serem verdadeiras. No entanto, uma firma de engenharia deve ser consultada, visto que outras considerações, além das constantes desta literatura, devem ser levadas em conta. Apesar das informações e recomendações aqui mencionadas serem consideradas corretas, a PolyChem se desobriga de qualquer responsabilidade por perdas ou danos sofridos em decorrência da utilização das mesmas. As informações são fornecidas sob a condição de, antes de serem utilizadas, seja feita uma pré-avaliação, de acordo com as necessidades de uso. EM HIPÓTESE ALGUMA A POLYCHEM SERÁ RESPONSÁVEL POR DANOS DE QUALQUER NATUREZA RESULTANTES DA UTILI-ZAÇÃO DE ALGUM PRODUTO, PROCESSO OU EQUIPAMENTO, INFRINGIR QUALQUER PATENTE OU REGULAMENTAÇÃO DOS ÓRGÃOS PÚBLICOS BRASILEIROS.